15. Акустические свойства горных пород

Эти свойства характеризуют закономерное распространение в горных породах упругих волн. В механике используются для определения степени однородности массива, контроля процесса деформации и разрушения г.п. для контроля за измерением напряжённого состояния для контроля и определения влажности. По частоте колебания упругие волны делятся на инфразвуковые с частотой до 20 Гц, звуковые от 20 до 2000 Гц ультразвуковые от 2000 до 10⁹ Гц, гиперзвуковые более 10⁹. В зависимости от видов деформации выделяются продольные, поперечные и поверхностные волны. 1,2 – объёмные волны. Любая волна характеризуется амплитудой и периодом. Основными акустическими свойствами горных пород являются скорости распространения продольных, поперечных и поверхностных волн; акустическая жёсткость; коэффициент поглощения, преломления и отражения волн. Горные породы оказываю сопротивление распространению упругих волн. Это сопротивление оценивается удельно-волновым сопротивлением – акустическая жёсткость. При распространении упругих волн в горной породе, происходит уменьшение их интенсивности по мере удаления их от источника. Уменьшение интенсивности упругой волны происходит по экспоненциальному закону: А=А₀exp* (-ax), где х – расстояние от источника до точки в которой определяется амплитуда; а – коэффициент поглощения энергии волны. Распространения упругих волн происходит с эффектами отражения и преломления на поверхности границ раздела горных пород с различной плотностью.

16. Методы определения плотностных свойств.

Плотность пород в массиве с достоверно высокой точностью можно определить с помощью гамма-метода. Этот метод основан на эффекте различной степени поглощения и рассеяния радиоактивного гамма-излучения в средах с различной плотностью. Сущность гамма-метода состоит в том, что на изучаемом участке бурят 2 небольшие скважины на расстоянии 20-70 см. В одну скважину опускают источник излучения, во второй детектор излучения. По измеренному излучению, прошедшего между скважинами, строят номограммы и графики, по которым определяется плотность пород. Существует 3 модификации измерения плотности горных пород гамма-методом. 1) метод узкого пучка, в котором фиксируется только первичное излучение источника. Рассеянное гамма-излучение убирается с помощью свинцовых экранов. 2) метод широкого пучка, в котором регистрируются как первичное, так и рассеянное гамма-излучение. 3) метод рассеянного гамма-излучения, в котором определение плотности производится не в двух скважинах, а в одной. И источник, и приёмник находятся в одном зонде и разделены свинцовым экраном. Измеряется в этом методе только рассеянное гамма-излучение. Плотность горных пород можно так же определить лабораторным путём. Для этого отбирается порода ненарушенного естественного залегания. После определяется масса и объём и высчитывается плотность по формуле: ρ = м/V.

17. Методы определения упругих свойств.

Динамические методы основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот.2 основных динамических метода: резонансный и импульсный. Принцип резонансного метода состоит в возбуждении продольных, изгибных и крутильных колебаний в стержнях, изготовленных из исследуемой породы, и измерении резонансных частот, которые являются исходными параметрами для расчета упругих характеристик. Импульсный динамический метод основан на пропускании через образец исследуемой породы повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения которых рассчитывают упругие характеристики. Работы ведут путем прямого прозвучивания и продольного профилирования образцов горных пород. Статические методы основаны на измерении упругих деформаций образцов исследуемых пород под нагрузкой. Для измерения продольных и. поперечных деформаций образцов при их нагружении применяют проволочные тензометры сопротивления либо механические индикаторы часового типа. Определение упругих свойств статическим методом производят на стандартных цилиндрических образцах диаметром 40-43 мм. Торцы образцов шлифуют. Нагружение производят под прес­сом. Измерение деформаций образцов под нагрузкой обычно производят с помощью проволочных электротензометров сопротивления, наклеиваемых на образцы. Тензометры для измерения продольных деформаций располагают в направлении нагружения образца, для измерения поперечных перпендикулярно к нему. Упругие деформации измеряют лишь в режиме разгрузки образца, так как при нагружении на упругие накладываются пластические деформации, значение которых зависит от свойств исследуемой породы, напряжений и времени (скорости) нагружения. При расчетах по деформациям, фиксируемым в режиме нагружения, определяют поэтому не модуль упругости, а модуль деформируемости пород. Последний всегда меньше, чем модуль упругости, либо равен ему, если порода в соответствующем интервале нагружения проявляет себя как идеально упругая. Следует заметить, что модуль упругости, определяемый динамическими методами, обычно бывает несколько выше, чем статическими. Это расхождение минимально для весьма плотных пород и возрастает для пород малой плотности. Оно обусловлено неидеальной упругостью горных пород, особенно пород малой плотности.